安 超，姚寅群

（國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

線材在熱態(tài)軋制或熱處理過程中，會在表面形成一層由金屬氧化物組成的致密覆蓋物，俗稱“鱗皮”，也叫氧化鐵皮，其存在會對線材的進一步處理造成影響：一方面，由于氧化鐵皮質地硬脆，如果過多地殘留在鋼絲表面，在拉拔等后續(xù)加工處理中容易刮傷模具和線材表面，影響模具壽命以及造成產品表面質量問題；另一方面，氧化鐵皮的存在使材料表面裂縫不容易被提前發(fā)現(xiàn)，從而使加工出的成品存在質量問題。因此，在金屬線材拉拔或其他加工處理之前，線材表面的氧化皮必須完全去除，以保證線材成品表面的光潔度，保證線材和拉拔模具間的潤滑，減小模具損耗，提高線材質量。

1.線材表面除鱗工藝分類

目前廣泛使用的除鱗方法，主要有化學除鱗法和機械除鱗法，此外，還出現(xiàn)了光電除鱗等新方法。

化學除鱗法是利用化學或者電化學的方法清除線材表面的氧化鐵皮，主要分為酸洗和堿洗兩大類，主要用于碳鋼和低合金鋼線材的除鱗，但是環(huán)境污染較大。

機械除鱗是將線材盤條的氧化鐵皮用施加外力的方法使之疏松、破裂、剝落，常見的機械除鱗方法很多，如反復彎曲、拋丸、噴射、鋼絲刷清理等方法。和化學除鱗法相比，機械除鱗的生產效率高，對環(huán)境污染小，具有一定的優(yōu)勢。

光電除鱗是后來發(fā)展起來的除鱗方法，主要采用光電手段進行除鱗，例如真空電弧除鱗法（也叫等離子體除鱗法）和激光除鱗法，電弧除鱗法利用陰極斑點表面的侵蝕現(xiàn)象進行除鱗；此外，還有火焰除鱗法，以及通過研究線材的成分來改善鱗皮的除去性能的方法等。

目前存在的除鱗方法較多較雜，系統(tǒng)分析各種除鱗方法及其發(fā)展脈絡具有較大的應用價值，能夠為以后的實際工業(yè)生產提供理論支持。因此本文從專利以及非專利庫進行全面檢索，對除鱗方法進行系統(tǒng)分析，總結其技術分支以及發(fā)展脈絡，分析該領域難點及解決方案。

2.線材表面除鱗技術專利申請狀況分析

2.1 線材表面除鱗技術全球/中國專利申請量數(shù)據(jù)變化

線材表面除鱗技術的申請量發(fā)展包括了以下三個階段：

起步階段：專利數(shù)據(jù)庫中已知最早的線材表面除鱗方法申請出現(xiàn)在1966年，之后有了緩慢的增長。

平穩(wěn)增長階段：20世紀80年代，該類型專利數(shù)量出現(xiàn)了一次小的爆發(fā)，分析專利數(shù)據(jù)可知，這次爆發(fā)源于日本在80年代開始了大規(guī)模的專利申請，之后整體申請量再度趨于平穩(wěn)。從80年代到上世紀末，專利申請數(shù)量又出現(xiàn)過幾次小的高潮，分析具體專利國別可以發(fā)現(xiàn)，仍然是日本提出的專利申請數(shù)量大增導致了這一現(xiàn)象。

迅猛發(fā)展階段：進入21世紀，該項專利申請數(shù)量出現(xiàn)了激增，主要原因在于中國參與到該項專利申請中來。

圖1所示為全球專利申請與中國專利申請年代分布圖。中國在該領域的專利申請起步較晚，而且在起步階段發(fā)展也比較緩慢，但進入21世紀之后，中國的專利申請數(shù)量有了巨大的飛躍。如前文所述，全球專利申請數(shù)量的大幅度上升也得益于中國的參與。僅以2006-2010年為例，全球85項專利申請，中國獨占了72項，占比高達84.7%。

圖1 全球專利申請與中國專利申請年代分布圖

2.2 線材表面除鱗技術專利申請國別分布

圖2 主要國家專利申請分布情況

圖2所示為主要國家對線材表面除鱗方法的專利申請分布情況。日本、德國、美國、歐洲各國以及前蘇聯(lián)作為老牌強國，專利申請量在上個世紀占了較大比重，具有舉足輕重的地位。中國雖然在該領域起步較晚，但近年來的發(fā)展十分迅猛，專利申請數(shù)量已經超過了全球其他國家的總和。緊隨中國之后的便是日本，得益于長期的技術積累，日本在這一領域仍然占據(jù)著重要的地位，與中國共同組成該項技術申請的主要來源國。

3.線材表面除鱗方法重點技術分布

機械除鱗法占據(jù)了最重要的地位占比79%，化學除鱗法緊隨其后占據(jù)了13%，機械與化學相結合的方法占據(jù)了3%，其他方法占據(jù)5%。由此可以明顯看出，在全球線材表面除鱗技術的研究中，機械除鱗法受最多關注。而進一步的機械除鱗法中采用最多的是反復彎曲法，占比43%，緊隨其后的是鋼絲刷除鱗法，占比17%。

3.1 機械除鱗法

線材表面機械除鱗技術，主要分為反復彎曲法、鋼絲刷除鱗法、噴砂法、模具刀除鱗法以及砂帶除鱗法。重點分析占比較高的反復彎曲除鱗法和鋼絲刷除鱗法進行分析，找出除鱗方法重點關注的內容以及作出的改進。

3.1.1 反復彎曲除鱗法

反復彎曲除鱗法也成為機械剝殼法，是機械除鱗技術中應用最多的方法。該方法利用氧化鐵皮的低延伸率和脆性，通過布置成較大彎曲角度的多個剝殼輪對線材進行反復的彎曲，從而達到破鱗和除鱗的目的，這種方法經常結合砂帶或鋼絲刷對參與和破碎的氧化鐵皮進行去除。

反復彎曲法的發(fā)展經歷了漫長的發(fā)展階段，從1973年發(fā)展至今，仍舊在線材除鱗方法中占據(jù)最重要的地位，該方法于專利中有記載得最早的專利文獻，是1973年德國的專利申請DE2328109A，其將線材彎曲到彈性極限，將氧化皮進行破碎，隨后用滾輪進行打磨，去除殘留氧化皮，達到除鱗的目的。隨后經歷了從簡單的單獨彎曲到反復彎曲，再到與其他除鱗手段相結合，以及對剝殼輪結構的詳細研究設定以提高除鱗效果的多步發(fā)展，如今已經趨于成熟，是最為重要也最為基礎的除鱗手段。

3.1.2 鋼絲刷除鱗法

鋼絲刷除鱗法一般是通過設置成對的刷輪，刷輪上設置鋼絲，刷輪通過主軸帶動旋轉，線材穿過刷輪即將氧化鐵皮去除。

鋼絲刷最早的結構見于1981年由前蘇聯(lián)申請的專利SU3259047A，采用了可動夾持線束的夾具，將線束與線材表面進行接觸摩擦去除氧化皮，但是由于線材表面不能完全接觸線刷，因此去除效果并不理想。隨后的申請中，對鋼絲刷的布置角度進行了詳細的研究，多個不同角度布置的鋼絲刷對線材進行了全方位除鱗。

3.2 化學除鱗法

化學除鱗法主要采用圓形酸洗、直線酸洗、震動酸洗、電解酸洗、螺旋酸洗、連續(xù)酸洗、封閉酸洗等[1-2]，歸納起來主要有兩大類，即酸洗和電解。酸洗產生的酸霧對環(huán)境污染較大，酸洗后的廢液處理和揮發(fā)的酸霧制約了很多線材生產企業(yè)的發(fā)展，但是這項技術也存在操作技術容易掌握以及質量穩(wěn)定的優(yōu)點，因此并未完全被淘汰。酸洗和電解法既單獨使用也經常結合在一起使用。

化學除鱗法主要在20世紀應用較多，進入本世紀以來，由于對環(huán)境要求日益提高，化學除鱗法的應用以及研究都銳減。由于電解以及酸洗的過程中大部分均用到強酸性溶液，因此其本質上很難再有突破性發(fā)展，今后化學除鱗法的研究也主要集中在如何優(yōu)化酸洗液的成分以減少環(huán)境污染上。

3.3 其他除鱗法

除了機械除鱗法、化學除鱗法以及二者相結合的除鱗方法之外，還出現(xiàn)了多種多樣的除鱗方法。例如光電除鱗法，其主要采用光電手段進行除鱗，例如真空電弧除鱗法（也叫等離子體除鱗法）和激光除鱗法。這個概念出現(xiàn)得較晚，并且研究文獻量較少，目前仍舊屬于探索階段。日本1995年提交的專利申請就采用了真空電弧除鱗法，其將線材卷繞在兩個卷筒上，兩個卷筒之間的線材兩側放置電極板，并均設置于真空箱內，進行電弧放電除鱗。2014年中國科學技術大學的湯中亮的博士論文《低氣壓直流弧斑等離子體除鱗及其放電特性研究》針對低氣壓直流電弧在除鱗中的應用開展了弧斑等離子體放電技術、等離子體放電特性和除鱗工藝研究，建立了一套低氣壓陰極弧斑等離子體除鱗裝置，進行了柱狀銅電極、球狀銅電極、石墨電極等多種電極的除鱗實現(xiàn)，開展了樣品與電極間的靜態(tài)和動態(tài)除鱗研究，實現(xiàn)了不同尺寸樣品的除鱗。

目前光電除鱗方法在工業(yè)上的應用很少，下一步的工作是使真空電弧除鱗等光電除鱗技術從實驗室向工業(yè)應用進一步的發(fā)展，進一步提高除鱗效率降低能耗，對放電參數(shù)、材料成分與除鱗效果之間的相關性進行進一步的探索研究。

綜上，在全球線材表面除鱗技術的研究中，機械除鱗法受最多關注，目前機械除鱗法仍然是線材除鱗技術的主流方法，在線材除鱗中占據(jù)非常重要的地位。化學除鱗法主要在20世紀應用較多，進入本世紀以來，由于對環(huán)境要求日益提高，化學除鱗法的應用以及研究都銳減，今后化學除鱗法的研究也主要集中在如何優(yōu)化酸洗液的成分以減少環(huán)境污染上。目前光電除鱗方法在工業(yè)上的應用很少，下一步的工作是使真空電弧除鱗等光電除鱗技術從實驗室向工業(yè)應用進一步發(fā)展，進一步提高除鱗效率降低能耗，對放電參數(shù)、材料成分與除鱗效果之間的相關性進行進一步探索研究。